Los investigadores de la EPFL han desarrollado un enfoque para imprimir pequeños tejidos que se ven y funcionan casi como su contraparte de tamaño completo
Los investigadores de la EPFL han desarrollado un enfoque para imprimir pequeños tejidos que se ven y funcionan casi como su contraparte de tamaño completo. Con tan solo unos centímetros de diámetro, los minitejidos podrían permitir a los científicos estudiar procesos biológicos, e incluso probar nuevos enfoques de tratamiento, de formas que antes no eran posibles.
Durante años, se han cultivado mini versiones de órganos como el cerebro, los riñones y los pulmones, conocidos como "organoides", a partir de células madre. Los organoides prometen reducir la necesidad de pruebas en animales y ofrecen mejores modelos para estudiar cómo se forman los órganos humanos y cómo ese proceso falla en las enfermedades. Sin embargo, los enfoques convencionales para cultivar organoides dan como resultado células madre que se ensamblan en esferas huecas de tamaño micro a milimétrico. "Eso no es fisiológico, porque muchos órganos, como el intestino o las vías respiratorias, tienen forma de tubo y son mucho más grandes", dice Matthias Lütolf, profesor del Instituto de Bioingeniería de EPFL, quien dirigió el estudio publicado en Nature Materials .
Para desarrollar organoides más grandes que se parezcan a sus homólogos normales, Lütolf y su equipo recurrieron a la bioimpresión. Así como las impresoras 3-D permiten a las personas crear objetos cotidianos, una tecnología similar puede ayudar a los bioingenieros a ensamblar tejidos vivos. Pero en lugar de los plásticos o polvos que se utilizan en las impresoras 3D convencionales, las bioimpresoras utilizan bioinyectores: líquidos o geles que encapsulan células vivas. "La bioimpresión es muy convincente porque le permite depositar células en cualquier lugar del espacio 3D, por lo que podría pensar en organizar las células en una configuración similar a un órgano, como un tubo", dice Lütolf.
Los investigadores diseñaron una configuración de bioimpresión personalizada que consta de un microscopio y un dispositivo que puede aspirar y depositar células a través de una boquilla delgada acoplada a una bomba de jeringa. En la platina del microscopio, el equipo instaló una placa que contiene un gel que se asemeja al complejo entorno extracelular que se encuentra en muchos tejidos. Este tipo de gel, señala Lütolf, "es increíblemente potente para permitir que las células formen un tejido , pero debido a que es difícil de manejar, la gente no lo ha aprovechado para la bioimpresión".
Al mover la platina del microscopio y monitorear constantemente el proceso a través de la lente del microscopio, los investigadores pudieron depositar en el gel una línea de células madre intestinales que medían unos pocos centímetros de longitud. "Lo bueno de usar un microscopio es que siempre puedes ver lo que estás haciendo y puedes observar lo que hacen las células, no estás ciego", dice Lütolf. "En otros enfoques de bioimpresión, no se ve lo que está pasando".
Una vez que se sembraron las células madre, dice Lütolf, "sucedió la magia": las células comenzaron a crecer e interactuar entre sí, formando un tejido continuo en forma de tubo que imitaba muchas de las características anatómicas y funcionales de un intestino normal. Los intestinos cultivados en el laboratorio, que alcanzaron un tamaño de hasta tres centímetros, estaban compuestos por bolsas en forma de cripta con células madre y contenían las mismas células especializadas de absorción y secreción que las que se encuentran en un intestino de tamaño completo. Las células secretoras de los mini intestinos también fueron capaces de secretar moléculas antimicrobianas en respuesta a estímulos específicos.
Lo que hace que el enfoque recientemente desarrollado sea diferente (y más exitoso) que otros métodos para cultivar organoides es que combina la flexibilidad y precisión de la impresión 3D con la capacidad de las células madre para crecer y organizarse por sí mismas. "Permitimos que ocurra la biología, eso es absolutamente crucial", dice Lütolf.
Por la bioimpresión de células formadoras de organoides del tracto gastrointestinal , los investigadores también generan porciones del estómago, intestino delgado y colon, que forma mini versiones interconectados de sus contrapartes normales. Con los métodos tradicionales para cultivar organoides, señala Lütolf, "puede cultivar organoides estomacales o intestinales, mientras que con la bioimpresión puede combinar diferentes tipos de células y organizarlas de diferentes formas", dice.
Si bien los mini órganos realizan las funciones de sus contrapartes normales, aún faltan años para su uso en la medicina regenerativa, incluso para reemplazar tejidos y órganos humanos, dice Lütolf. Pero señala que el enfoque recientemente desarrollado podría usarse para construir modelos de tejidos para enfermedades humanas, incluido el cáncer, y para probar cómo actúan los candidatos a fármacos sobre tipos de células específicos dentro de un tejido.
El equipo de Lütolf ahora espera usar la bioimpresión para construir los tubos de las vías respiratorias para estudiar la infección viral, por ejemplo, con el virus SARS-CoV-2 que causa COVID-19. Las mini-vías respiratorias infectadas podrían ayudar a probar diferentes enfoques de tratamiento. "Una gran ventaja es que, con un microscopio, puede observar cómo evoluciona la infección, por lo que puede cuantificar y estudiar lo que sucede", dice Lütolf. "Esa es una perspectiva emocionante".